不同形式中心支撑的轻钢框架结构抗震性能的分析

摘要

轻型钢材作为一种绿色环保、工厂化程度高的建筑材料，近年来在钢结构体系中不断得到发展壮大。由于轻钢构件具有自身重量轻、变形能力强等特点，在地震作用下，轻钢结构可能会产生较大的侧移进而造成结构整体破坏，威胁人民的生命财产安全。
　　带有中心支撑的轻钢框架结构作为轻钢结构住宅体系之一，支撑部分和框架部分形成双重抗侧力结构，能提供较好的抗侧能力，同时构造形式简单，其抵抗水平地震作用和风荷载的能力较高且经济，所以在多层及中层轻钢结构住宅体系中占有重要的位置。
　　本文在前人研究的基础上，利用有限元软件ANSYS15.0，针对6层轻钢框架结构建立了四种不同形式的中心支撑框架模型，采用模态分析和时程响应分析法，对带支撑框架和不带支撑框架进行了抗侧性能和动力特性分析，并着重研究了它们在两条强震记录波和一条人工模拟地震波的多遇作用和罕遇作用下的顶层位移、层间位移（角）、各层柱最大轴力和弯矩、各层支撑最大轴力和底部最大剪力变化情况，进而综合对比分析了不同形式的中心支撑对轻钢框架抗震性能的影响。
　　通过研究得出以下结论:
　　(1)添加中心支撑后的轻钢框架相比不加支撑的框架抗侧刚度有明显提高，其中对提高抗侧刚度贡献最大的支撑形式是人字形中心支撑，且其用钢量较少。
　　(2)添加中心支撑后的框架能有效减少结构在地震作用下的顶层位移、层间位移及层间位移角，其中交叉支撑、人字形支撑以及V形中心支撑的框架表现较好。
　　(3)添加中心支撑后的框架各层柱最大轴力均有不同程度的增加，柱最大弯矩则普遍表现为在低层数明显减少而在高层数增加，其中带人字形支撑框架各层柱轴力值居中偏下，而弯矩值普遍最小。
　　(4)地震作用下交叉支撑的各层支撑轴力普遍最小;添加中心支撑后框架底部总剪力均有一定程度的增加，其中V形支撑框架的底部总剪力增加幅度普遍较小。
　　(5)在四种形式中心支撑轻钢框架中，添加了人字形中心支撑的轻钢框架在位移和内力等方面的变现均良好，即抗震性能较优秀。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 轻钢结构体系的发展及应用

1．3 多层轻钢房屋结构体系

1．4 中心支撑钢框架结构国内外研究现状

1．4．1 国外研究现状

1．4．2 国内研究现状

1．5 本文研究的主要内容

第二章 带中心支撑的轻钢框架结构抗震分析理论方法

2．1 多高层钢结构抗震理论

2．1．1 抗震设防基本理论

2．1．2 地震反应分析理论

2．2 多高层钢结构抗震设计原则

2．3 模态分析方法

2．4 地震反应的时程分析法

2．4．1 计算模型

2．4．2 恢复力模型

2．4．3 阻尼矩阵

2．4．4 地震波的选择

2．4．5 数值计算方法

2．5 本章小结

第三章 带中心支撑轻钢框架的有限元模型建立

3．1 有限元理论及ANSYS软件

3．1．1 有限元理论

3．1．2 ANSYS软件

3．2 中心支撑的设计

3．2．1 规范中的一般规定

3．2．2 中心支撑杆件受压承载力的计算

3．2．3 中心支撑与框架梁柱的连接节点

3．3 轻钢框架工程模型

3．4 单元的选用

3．4．1 梁、柱及支撑的单元选用

3．4．2 楼板的单元选用

3．5 材料的本构关系及网格划分

3．5．1 本构关系

3．5．2 网格划分

3．6 带中心支撑轻钢框架结构的模态分析

3．7 本章小结

第四章 不同形式中心支撑轻钢框架的抗震性能对比

4．1 抗侧刚度对比

4．2 动力特性对比

4．3 水平地震作用下的时程分析

4．3．1 A波水平作用下结构的时程分析

4．3．2 B波水平作用下结构的时程分析

4．3．3 C波水平作用下结构的时程分析

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要研究成果及结论

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果